TW399232B - Semiconductor device with improved flat surface and its manufacture method - Google Patents
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Description
五、發明說明（1) 發明背景 1.發明之領域 本發明係有關於一半導體裝置（例如：動態RAM )之 結構及其製造方法。 2·相關技藝之說明 現今SOG (SPIN on GLASS )層被用來使得半導體裝置 具有平坦表面。S0G層是經由所送入的s〇G物質，在旋轉的 半導體晶圓表面上’從半導體晶圓中心流至周邊所形成 的。此外，由於整合的緣故，多層内層絕緣層結構被使 用’在此一結構中金屬導線層是被用以避免多層絕緣層的 邊緣處發生相互剝落的現象。參考圖4A到4H將說明利用 S0G層及金屬導線層之裝置。 圖4A到4H為說明相關技藝的半導體裝置製程之截面 圖。如圖4A所示’例如藉選擇性氧化法（L〇c〇S : Local Oxidation of Si 1 icon )’使一場氧化層2形成於晶片區 13 ’為產生在基底1表面上的元件形成區。切割道區12為 一能將半導體晶圓切開成為晶片之必要切割區。 場氧化層2形成後，接著如圖4B到4D所示，為了要覆 蓋整個基底1而其上有已形成之場氧化層2，藉CVD法繼續 形成内層絕緣層3到5。雖然在此並未提及形成在各個内層 絕緣層之間的導線層及元件層，其後如圖4E所示，一阻抗 被加到整個表面’並經曝光及顯影而形成一阻抗圖案6， 之後’利用阻抗圖案6作罩子將内層絕緣層3到5以蝕刻處 理’以至於形成一開口部7及内層絕緣層3，到5，之圖案。
C:\Program Files\Patent\7061-2149-P.ptd第 4 頁 五、發明說明（2) 在形成開口部7及除去阻抗圖案6之後，接著如圊4F所 示’藉由濺鍍法將金屬鋁（A1)放置在整個表面上，再被 RIE (reactive Ion Etching)以選擇性蝕刻處理後而形 成金屬導線層8，所形成的金屬導線層8是為了避免各個内 層絕緣層3’到5’之末端部脫落，其後如圖4G所示，一絕緣 層9 (例如一氧化物層）經CVD法而形成以便能覆蓋整個表 面。 在形成絕緣層9之後，接著如圖4H所示，藉旋轉覆蓋 法在整個表面形成一SOG (SPIN on GLASS)層10。在圖 中’當此S0G層被所用之矽二氧化物形成時，箭頭記號z表 示一矽二氧化物流（此一矽二氧化物流從此將被認為是 S0G流），接著利用S0G層及氧化層的選擇比，經回蝕刻 (etch-back )處理後，表面平坦化即被完成。 近年來’為了增加半導體裝置（如動態RAM )之整合 程度’元件已被放置在晶片區之外圍部分，而此處在已往 是不被視為元件區。舉例說，如圖5A和5B所述，一貫穿洞 200試著在外圍部之内層絕緣層3到5處形成。因此，該製 造方法存在以下的問題。 在這製造方法中，當金屬導線層形成後，使能覆蓋位 於晶片區整個周圍上的内層絕緣層之末端部分，而S〇G層 10是用旋轉覆蓋法所形成。在此，因為形成金屬導線層所 在之周圍部分較高，所以S0G流是被步階部分所阻隔。如 圖5A和5B所示，在金屬導線層的角落附近聚積了厚的s〇G (其意思是’當矽二氧化物被用來形成s〇G層時，也就聚 IHII ΗΒΗ C-.\Pr〇grainFiles\patent\706l-2149-P.ptd第 5 頁 五、發明說明（3) 積了厚的矽二氧化物），以致於形成一 SOG窪坑。如果 成了 SOG窪坑1〇〇，平坦化被損害亦可能發生，只因s〇g < 坑1 〇〇沒有完全被蝕刻回去及平坦化之表面仍有其殘留？ 此外，當SOG窪坑100未能完全地被蝕刻回去及一些腫。 留’由接觸洞200所形成的貫穿洞為了能和其下的一導線幾 相接觸，而此貫穿洞不能完全地被打開以及未嘴 有適當的接觸。 导線層 發明概要 本發明之目的在於提供一半導體裝置及其製造方 此方法可以避免SOG在金屬導線層的角落附近形成厚， 積，而此金屬導線層被用來防止位於晶片邊緣的多 絕緣層之邊緣剝落。 Θ層 本發明之半導體裴置，包括：一半導體基底；一 絕緣層，形成於該半導鱧基底之上；以及一金屬導線 形成是為了覆蓋於該半導體基底之元件形成區外圍上 内層絕緣層之末端，該金屬導線層擁有至少一個切口坤= 成於該元件形成區的角落附近。 ^形 本發明之半導體裝置’包括：一半導艘基底，擁 少一個凹陷位於元件形成區的角落附近；一第一内: 層，在該半導體基底的該元件形成區乏上形成；—緣 層絕緣層，形成以覆蓋從該元件形成區上的該第—内 緣層到因凹陷所露出的該半導體基底；以及一金屬^絕 層，覆蓋著該第二内層絕緣層的末端，該金屬導線 一形成於凹陷内的第二内層絕緣層之末端部。 擁有
五 '發明說明（4) 本發明之半導體裝置的製造方法，包括下列步驟 形成至少一層内層絕緣層在半導體基底上，而此內 絕緣層有一末端部在半導體基底的元件形成區附近；層 形成一金屬導線層’以便能覆蓋内層絕緣層的末 部’而此金屬導線層至少有一切口部在元件形成區 附近處；以及 再落 藉旋轉覆蓋法形成一絕緣層在半導體基底表面， 絕緣層之物質可經切口部流出。 此 本發明之半導體裝置的製造方法，包括下列步禅： 形成一場絕緣層於半導體基底表面之元件形成區； 形成第一内層絕緣層在場絕緣層上； 除去位於切割道區和元件形成區範圍附近的場絕緣層 和第一内層絕緣層’為了形成一空穴在切割道區和元件形 成區範圍附近； 形成第二内層絕緣層’以覆蓋自元件形成區至因空穴 而露出的半導體基底表面； 形成一金屬導線層，以便能覆蓋内層絕緣層的末端 部’此金屬導線層有一末端部在第二内層絕緣層上，而此 第二内層絕緣層形成於因空穴而露出的半導體基底表面 上；以及 形成一絕緣層在第二内層絕緣層及金屬導線層上。 本發明包括一切口部在金屬導線層的角落部分，當 SOG層被旋轉覆蓋當作是絕緣層時，SOG流經切口部到切割 道區。因此，SOG不會過度地累積在金屬導線層的角落附
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在本發明中，因為金屬導線層的步階部分由於凹陷部 2變小，it成凹陷部分在I導艘元件形成區的角落邊緣 成备及金屬導線層在凹陷部之内層絕緣層有-末端 部形成。當SOG層被旋轉復蓋法所形成時，s〇G則可能流至 :又道區，因此’除去被金屬導線層之步階部所阻擋的 是可能的。 圖式之簡單說明 從以下與附圖相關之說明看來，以上所述及本發明之 其他目的、優點和特徵將更明白，其中： 圖1A-1C所示為一根據本發明的第一實施例之半 :乃的圖式，圖1A為一半導體裝置的角落附近之上視圏， 圖1Β是只取圖1Α之Α-Α金屬導線層8的角落部分的載面圖， 及圖1C是只取圈1Α之Β-Β’部分的截面圖。 圖2所示為一根據本發明的第二實施例之半導體 的角落附近之上視圖。 Λ 圖3Α到3 I所示為根據本發明的第三實施例之半 置的各個製造步驟之截面圖。 裝 圖4Α到4Η所示為根據相關技藝之半導體裝置的各 造步驟之截面圖。 & 圖5Α和5Β所示為說明相關技藝之半導體裝置的問 圖5Α是一相關技藝之半導髏裝置的角落附近之上視圓，蘭 5Β是只取圖5Α之Α-Α’部分的截面圖。 較佳實施例之詳細說明
五、發明說明（6) 圖1A到1 C說明一本發明的第一實施例之半導體裝置。 雖然此半導體裝置的基本製程相同於圖4A到4H所示之製 程，當一金屬導線層8被形成以避免内層絕緣層3到5的剝 落’切口部分14a及14b在金屬導線層8的角落附近被形 成’如圖1A所示。切口部分14a及14b的形成是運用濺鍍法 將金屬物質鋁（A1)放在整個表面上，再用RIE將其作選 擇性蝕刻處理以形成金屬導線層8，而成為切口部14a及 1 4 b的所在位置亦同時被蝕刻。 如以上所述’在切口部14a及14b被形成於金屬導線層 8的角落附近之後，SOG藉旋轉覆蓋法而被應用。在旋轉覆 蓋時，SOG會經切口部1 4a及1 4b而流向切割道區1 2，切口 部14a及14b的大小足以流出經切口部14a及Ub的SOG層之 物質，使得SOG層10有效地被弄平。切口部Ha及14b使得 消除過多位於金屬導線層8的角落附近之s〇G成為可能，結 果，在切口部1 4a及1 4b的位置上，一平坦s〇g廣1 〇被形 成’如圖1B及1(：所、示。關於此實施例，因平坦s〇g層可被 形成’所以在金屬導線層8的角落附近適當地形成一開口 接觸洞（貫穿洞）是不成問題。 在該製程中，雖然金屬導線層8的一角落形成兩個切 口部，而切口部的數量是不受限制的，因為只要s〇G能夠 流至切割道區的邊緣，所以SOG不至有厚的累積。舉例 說’切口部的數量可能是一個，在另一方面，它只是一在 金屬層的汲極洞。 圖2所示為本發明之半導體裝置的第二實施例。在這
C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 9 頁 五、發明說明（7) 實施例中，在金屬導線層8的角落直接地提供一切口部， 因為SOG能夠有效地流至切割道區，所以SOG層能夠較平 坦。用濺鍍法將金屬物質鋁（A1)放在整個表面上，再用 RIE將其作選擇性蝕刻處理以形成金屬導線層8，此時金屬 導線層8的角落同時被蝕刻而形成一切口部14’使得SOG流 至切割道區的邊緣》 圖3A到31所示為本發明之半導體裝置的第三實施例。 如圖3A所示，一場氧化層22，為了可以隔離元件並經選擇 性氧化（LOCOS )形成於基底21表面的晶片區33。為了將 晶圓切開分成單獨的晶片，切割道區32是一必要之切割 區。 場氧化層22被形成後，接著如圖3B所示，一内層絕緣 層23 ’藉CVD法形成以便能覆蓋基底21的整個表面，接著 如圖3C所不’ 一阻抗被加到基底的整個表面，並經曝光及 顯影而形成一阻抗圖案26 ’利用阻抗圖案26作為罩子，將 内層絕緣層23及場氧化層22蝕刻處理，在基底處形成一開 口部27之凹陷（空穴）及形成圖案化之内層絕緣層23,和 圖案化之場氧化層22’ 。 除去阻抗圖案26之後’接者如圖3D所示，一包含鎮之 金屬矽化物層（silicide) ’藉濺鍍法被放置後，再用RIE 將其作選擇性蝕刻而形成一傳導無31，以便能覆蓋圖案化 之内層絕緣層23’和圖案化之場氧化層22,的末端部。傳導 層31完成了避免層22’及23’的末端部剝落之任務，其後如 圖3E所示，内層絕緣層24及25，藉CVD法連續地被形成以 ηπ^ηγ C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 10 頁 五、發明說明（8) 便能覆蓋基底的整個表面。雖然在此並未提及形成在各個 内層絕緣層23到25之間的導線層及基本電極。 接著如圖3F所示，一阻抗被加到整個表面，並經曝光 及顯影而形成一阻抗圖案26’ ’利用阻抗圖案26’作為罩 子’將各個内層絕緣層24及25蝕刻處理，以形成一開口部 27’並且形成圖案化之内層絕緣層24’和25’。 除去阻抗圖案26’之後’接著如圖3G所示，用濺鍍法 將金屬物質鋁（A1)放在整個表面上，再用RIE將其作選 擇性蝕刻處理以形成一金屬導線層28，為避免各個圖案化 之内層絕緣層24’和25’的末端部剝落。其後如圖3H所示， 藉CVD法形成一絕緣層2 9以便能覆蓋基底的整個表面。 接著如圖31所示’藉旋轉覆蓋法形成一 SOG層30在整 個表面上，在圖中，箭頭記號Z表示SOG流，其後藉回餘刻 (etch-back )法而完成表面平坦化。此外，在晶片區的 角落，形成一接觸洞40，暴露於一位於層24，和25，之間的 傳導層（未圖非）之表面，其並作為基本電極使用；在那 時，位於晶片區除了角落以外的部分，例如中央部，形成 一接觸洞，暴露於一位於層24’和25’之間的傳導層（未圖 非）之表面，其並作為基本電極使用。也就是說，兩個接 觸洞是經相同的形成條件所形成。須注意的是，根據本發 明之實施例1和2，如該接觸洞亦可在晶片區之角落形成， 以至於接觸洞之深度實質上相同於形成在晶片區中央的接 觸洞之深度。 場 根據第三實施例’因為此實施例的結構包含經姓刻
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RHI 五、發明說明（9) 氧化層22直到露出基底21後所形成之凹陷，以及所形成冬 内層絕緣層24’和25’的末端部在已形成之凹陷的附近，所 以在内層絕緣層24,和25’的末端部所形成之金屬導線層28 的步階部，由於凹陷的結果將變得較小。也就是說’比較 第一和第二實施例，除了在因凹陷所暴露出的半導體基底 21表面上的内層絕緣層24’和25，，金屬導線層28的邊緣部 是無法在層22,及23,上的内層絕緣層24,和25’處形成。因 此’金屬導線層28邊緣的上表面高度和形成於層22上之内 層絕緣層29的上表面高度，二者的差別小到足以藉旋轉覆 蓋而流SOG，卻不會妨礙經金屬導線層28邊緣之SOG的流 動。 此外，在第三實施例，内層絕緣層23，到25’之中，因 為在最底層内層絕緣層23’的末端是被傳導層31所覆蓋， 所以内層絕緣層24’和25’的末端是被金屬導線層28所覆 蓋’金屬導線層31和@8的形成是為了彼此不重疊。和被金 屬導線層覆蓋之多數内層絕緣層的末端情況比較下，金屬 導線層的步階部會變小，是因為被除去的内層絕緣層23， 使得金屬導線層的步階部變小。 此外’在第三實施例，因為層31僅守住層22，及23’ ， 傳導層、31之厚度可以是薄的，步階部因而變小。因此，由 於傳導層31的步階部才不至於產生s〇G窪坑。 除此之外，在一熱阻抗（heat-resistant)物質如鎢 金屬石夕化物層或多晶矽層被用作是傳導層31的情況下，可 藉一BPSG層取代SOG而形成一平坦内層絕緣層。BPSG層不
,ΙΒΒΒΒ II C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 12 頁
會製造出窪坑如SOG窪坑’也就是說，BpsG層是經熱 被弄平》即使用BPSG層也不會造成矽層和多晶矽層’的短 路’而矽層和多晶矽層是在晶片區作為其中之—層和 層之間的電性連接。雖然金屬導線層28由鋁而不是耐熱金 屬作成’因為金屬導線層28與傳導層間之距離夠長縱使 採用BPSG層，在晶片區中金屬導線層28與半導體元件之傳 導層間來形成電性短路之趨勢是少見的。 再者’雖然所形成的傳導層31是為了覆蓋内層絕緣層 23及場氧化層22的末端部，所以本發明不受限於此，例如 說’所安排的傳導層以便能覆蓋只有場氧化層22的末端 部，或是多數内層絕緣層的末端部。根據另外二者之一的 設計’運用一只有一個經钱刻場氧化層而形成的凹陷之結 構卻不提供傳導層31，此法亦可行。 在第三實施例，經蝕刻場氧化層2 2直到露出基底21而 形成的凹陷’可能在基底表面一部分的整個外圍之上被形 成而金屬導線層覆蓋在内層絕緣層上，或是可能在外圍的 一部分被形成。在任何情況下’該效果可被達成，然而， 在凹陷被形成於外圍之一部分的情形下，像切口形成位置 如第一及第二實施例所述，在金屬導線層的角落提供凹陷 如此是令人滿意的。 在此發明中，於金屬導線層的角落處提供一切口部， 在一 S0G層被旋轉覆蓋的情況下，因為S0G能夠流經切口部 而至切割道區，所以能夠避免S0G在金屬導線層的角落附 近會有厚且過度地累積，因而能夠提供擁有平坦表面之半
IMIIIHHHH C:\ProgramFiles\Patent\706卜2149-P.ptd第 13 頁 五、發明說明（11) 導體裝置可被達成。 此外’在實施例中，金屬導線層的步階部會因所提供 之凹陷而變小，相似於上述的情形，因為能夠避免s〇G被 阻隔及累積，所以提出關於半導體裝置擁有平坦表面和高 可靠度的發明結果。 從專利說明書看來，在不違反下，本發明不僅限於以 上實施例而以，舉凡依本發明的範圍及精神所做的修飾及 改變是很明確的，舉例說，結合第一及第二實施例其中之 一和第三實施例是可行的。
C:\Program Files\Patent\7061-2149-P.ptd第 14 頁
Claims (1)
- 六、申請專利範圍 --- 1. 一種半導體裝置，包括： 一半導體基底； 一内層絕緣層，形成於該半導體基底之上；以及 一金屬導線層，形成是為了覆蓋於該半導體基底之元 件形成區外圍上的該内層絕緣層之末端，該金屬導線層擁 有至少一個切口部形成於該元件形成區的角落附近。 L如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該切口部 在該元件开》成區之角落被形成。 3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中更包括一 SOG層在該金屬導線層以及該内層絕緣層上形成，其中該 切口部擁有充分的大小足以使該s〇G層之物質流經該切口 部。 4. 一種半導體裝置，包括： 一半導體基底，擁有一元件形成區； 一内層絕緣層’形成於該半導體基底之上；以及 一金屬導線層，形成是為了覆蓋於該半導體元件形成 區整個外圍上的内層絕緣層末端，該金屬導線層擁有至少 一個切口部在半導體元件形成區的角落附近。 5·如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中該切口部 在該角落形成。 6.如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中更包括一 SOG層在該金屬導線層以及該内層絕緣層上形成，其中該 切口部擁有充分的大小足以使該SOG層之物質流經該切口 部。C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 15 頁 六'申請專利範圍 7. 一種半導艘裝置，包括： 一半導艘基底，擁有至小 角落附近； v一個凹陷位於元件形成區的 —第一内層絕緣層，在 之上形成； β半導體基底的該元件形成區 —第二内層絕緣層，形 該第—内層絕緣層到因凹陷以覆蓋從該元件形成區上的 :屬導線層擁有一形成於心内Κ —金屬導線層’覆蓋著出的該半導體基底；以及 -»-· 邊第二内思絕緣層的末端，該 h絕緣層之末端 其中該凹陷是 其中更包括一 8·如申請專利範圍第7項所、+. μ # 位於該元件形成區之該角落。L、裝置 9. 如申請專利範圍第7項所^ 傳導層，其覆蓋著該第一内層链、裝置，其中更包括一 不和該金屬導線層重疊。 艰緣層的末端部並被安排成 10. 如申請專利範圍第9項 是一金屬矽化物層。 ^的裝置’其中該傳導層 11. 一種半導體裝置的製造方 形成至少-内層絕緣層在半導，匕括下列步驟： 層在該半導體基底之元件形成區的^上1内層絕緣 形成一金屬導線層以便能覆蓋3 = 末端部； 部，並且擁有至少-切割部在該内層絕緣層的該末端 以及 件形成區角落的附近； 形成一絕緣層在半導體基底的* ^表面’當該絕緣層的物六、申請專利範圍 質藉旋轉覆蓋流經切口部時。 12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該切口 部在該角落被形成。 13. —種半導體裝置的製造方法’包括下列步驟： 形成一場絕緣層在半導體基底表面的元件形成區； 形成第一内層絕緣層在該廠絕緣層； 除去在切割道區和該元件形成區範圍附近的該場絕緣 層以及該第一内層絕緣層，為了形成一凹陷在該切割道區 和該元件形成區之該範圍附近； 形成第二内層絕緣層以復蓋自該70件形成區到因凹陷 所露出之該半導體基底的表面； 形成一金屬導線層以便能覆蓋第二内層絕緣層的末端 部’該金屬導線層擁有一末端部’此一末端部是在該第二 内層絕緣層上，而此第二内層絕緣層是在因該凹陷所露出 之該半導體基底表面上被形成；以及 形成一絕緣層在該第二内層絕緣層及該金屬導線層 上。 14. 如申請專利範圍第13項所述的方法’其中該凹陷 是位於該元件形成區的該角落。 15. 如申請專利範圍第13項所述的方法’其中更包括 一傳導層，其覆蓋著該第一内層絕緣層的末端部並被安排 成不和該金屬導線層重憂。 16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中該傳導 層是一金屬梦化物層》C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 17 頁其中該絕緣 17.如申請專利範圍第16項所述的方 層是SOG。 一 18. —種半導體裝置，包括：一金屬層， 元件形成區附近之内層絕緣層的邊緣；以及一'· 疋件形成區角落附近所流出的絕緣層物質可達到切割道^ 區，如此不至於在該元件形成區的該角落附近形成窪坑。 19.如申請專利範圍第18項所述的裝置，其中該裝置 是在該元件形成區的該角落附近之該金屬層之切口部。 20·如申請專利範圍第18項所述的裝置，其中該裝置 包括一形成於該元件形成區的該角落附近之凹陷。C:\ProgramFiles\Patent\7061-2149-P.ptd第 18 頁
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